DE3534605A1 - Process for the further processing of raw sludge taken off from a biological waste water (effluent) purification plant - Google Patents
Process for the further processing of raw sludge taken off from a biological waste water (effluent) purification plantInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zur
Weiterverarbeitung von aus einer biologischen Abwasserreinigungsanlage
bezogenem Rohschlamm zu einerseits Faulgas und andererseits einem
deponierbaren und/oder verwertbaren Produkt in einer biologischen
Schlammbehandlungsanlage mit einer ersten, als Versäuerungsstufe betriebenen,
anaeroben Behandlungsstufe und einer zweiten, als Methanisierungsstufe
betriebenen, anaeroben Behandlungsstufe, wobei
die Hydrolyse und Versäuerung sowie Acetat- und Methanbildung in
baulich getrennten Anlageteilen erfolgen, die Biomassen zumindest
in der Methanisierungsstufe eine Beheizung erfahren und aus der
Methanisierungsstufe das Faulgas sowie, über eine Entwässerungseinrichtung
das Produkt abgezogen werden. Die Erfindung bezieht sich
fernerhin auf eine Anlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens
Rohschlammzuleitung, Versäuerungsbehälter und Faulraumbehälter.
Nach neueren Erkenntnissen der Grundlagenforschung kann
der anaerobe Abbauprozeß in vier Teilschritte gegliedert werden:
1) Hydrolyse - fermentative Bakterien
2) Versäuerung - fermentative Bakterien
3) Acetatbildung - acetogene Bakterien
4) Methanbildung - methanogene BakterienThe invention relates generically to a process for the further processing of raw sludge obtained from a biological wastewater treatment plant to on the one hand fermentation gas and on the other hand a depositable and / or usable product in a biological sludge treatment plant with a first, anaerobic treatment step operated as an acidification step and a second, operated as a methanation step , anaerobic treatment stage, where the hydrolysis and acidification as well as acetate and methane formation take place in structurally separate parts of the plant, the biomass is heated at least in the methanization stage and the fermentation gas and, via a dewatering device, the product are withdrawn from the methanization stage. The invention further relates to a plant for carrying out such a process raw sludge feed line, acidification tank and digester tank. According to recent findings in basic research, the anaerobic breakdown process can be divided into four sub-steps:
1) Hydrolysis - fermentative bacteria
2) Acidification - fermentative bacteria
3) Acetate Formation - Acetogenic Bacteria
4) Methane formation - methanogenic bacteria
Hydrolysierende und versäuernde Bakterien können als Gruppe der fermentativen Bakterien zusammengefaßt werden. Acetogene und methanogene Bakterien können als Gruppe der methanbildenden Bakterien zusammengefaßt werden.Hydrolyzing and acidifying bacteria can form a group of fermentative bacteria can be summarized. Acetogenic and methanogenic Bacteria can form a group of methane-forming bacteria be summarized.
In der Hydrolyse-Phase werden die hochmolekularen, oft ungelösten, d. h. partikulären Polymere wie Kohlenhydrate, Fette und Proteine extracellulär enzymatisch hydrolysiert, d. h. in gelöste Bruchstücke überführt. Diese Bruchstücke werden in der Versäuerungs-Phase intracellulär hauptsächlich in organische Säuren, Alkohole, Aldyhyde sowie CO2 und H2 umgesetzt. In der Acetat-Phase übernehmen die nach Bryant und Mitarbeitern als "acetogene Bakterien" bezeichneten Mikroorganismen eine sehr wesentliche Zwischenfunktion. Von den durch die versäuernden Bakterien erzeugten Abbauprodukten sind vorwiegend Essigsäure sowie H2 und CO2 einer direkten Methanisierung durch die Methanbakterien zugänglich. Fast alle übrigen Zwischenprodukte wie z. B. Propionsäure, viele Alkohole u. a. müssen von den acetogenen Bakterien zunächst in Essigsäure umgewandelt werden, bevor in der Methan-Phase die Endprodukte CH4 und CO2 produziert werden können.In the hydrolysis phase, the high molecular weight, often undissolved, ie particulate polymers such as carbohydrates, fats and proteins are enzymatically hydrolyzed extracellularly, ie converted into dissolved fragments. During the acidification phase, these fragments are mainly converted intracellularly into organic acids, alcohols, aldyhydes as well as CO 2 and H 2 . In the acetate phase, the microorganisms referred to as "acetogenic bacteria" by Bryant and co-workers take on a very important intermediate function. Of the degradation products generated by the acidifying bacteria, acetic acid as well as H 2 and CO 2 are primarily accessible to direct methanation by the methane bacteria. Almost all other intermediate products such. B. propionic acid, many alcohols, among others, must first be converted into acetic acid by the acetogenic bacteria before the end products CH 4 and CO 2 can be produced in the methane phase.
Bei dem bekannten gattungsgemäßen Verfahren (vgl. Literaturstellen 5, 6, 7) wird der Rohschlamm (i. d. R. eine Mischung aus Primärschlamm der Vorklärung und Überschußschlamm der biologischen Stufe) zunächst über eine gemeinsame Rohschlammleitung in einen Voreindicker gefördert. Von dort gelangt der Rohschlamm mit einem Trockensubstanzgehalt von i. d. R. weniger als 5% in den Faulbehälter (FB) oder in zwei als Kaskade geschaltete FB, wo die zuvor beschriebene Multimischpopulation von Bakterien die organischen Schlamminhaltsstoffe abbaut. Gegenseitige Beeinträchtigungen der fermentativen und methanbildenden Bakterien sind oft nicht zu vermeiden und die Ursache für die häufig kritisierte geringe Prozeßstabilität konventioneller Faulverfahren. Eine BR ist i. d. R. nicht vorgesehen. In bezug auf die arbeitenden Biozönosen ist die Trennung der beiden Stufen nicht sauber. Die Anaerobier sind sowohl in der ersten Faulstufe als auch in der zweiten Faulstufe vorwiegend freischwimmende, nicht an Besiedlungsflächen gebundene Bakterien und finden damit keine optimalen Arbeits- und Lebensbedingungen. Der Ausdruck Reaktor steht auch für Behälter. Die bekannten Anlagen müssen mit einem spezifischen Raumbedarf von etwa 50 l/E (E = Einwohnergleichwert) ausgelegt werden. Die maximale tägliche Faulgasmenge wird erst nach etwa 25 Tagen erreicht. Entsprechend ist die Aufenthaltszeit in den Faulbehältern eingerichtet. Darüber hinaus ist die ein Maß für die Abbauleistung darstellende integrierte tägliche Faulgasmenge, die sogenannte Ausbeute i. d. R. unbefriedigend.In the known generic method (cf. references 5, 6, 7), the raw sludge (usually a mixture of primary sludge from the preliminary clarification and excess sludge from the biological stage) is first conveyed into a pre-thickener via a common raw sludge line. From there, the raw sludge with a dry matter content of usually less than 5% goes into the digester ( FB ) or into two cascade-connected FBs , where the previously described mixed population of bacteria breaks down the organic sludge contents. Mutual impairments of the fermentative and methane-forming bacteria are often unavoidable and the cause of the often criticized low process stability of conventional digestion processes. A BR is usually not provided. With regard to the working biocenoses, the separation of the two stages is not clean. The anaerobes in both the first digestion stage and the second digestion stage are predominantly free-floating bacteria that are not bound to settlement areas and therefore do not find optimal working and living conditions. The term reactor also means container. The known systems have to be designed with a specific space requirement of about 50 l / E (E = equivalent population). The maximum daily amount of fermentation gas is only reached after about 25 days. The residence time in the digesters is set up accordingly. In addition, the integrated daily amount of fermentation gas, which is a measure of the degradation capacity, the so-called yield is generally unsatisfactory.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß der in die Versäuerungsstufe einzuführende Rohschlamm durch Eindickung und/oder Dekantierung auf einen Trockensubstanzgehalt von 5 bis 12%, vorzugsweise etwa 90%, eingestellt wird, daß in die Biomassen zumindest der Methanisierungsstufe ein pulverförmiges Mikrobenträgermaterial eingeführt wird und daß in der Versäuerungsstufe sowie in der Methanisierungsstufe eine Biomassenumwälzung durchgeführt wird und dadurch in den beiden Stufen unterschiedliche Biozönosen kultiviert werden. - Diese Lehre geht von der zur Erfindung gehörenden Erkenntnis aus, daß das gattungsgemäße Verfahren mit wesentlich erhöhtem Trockensubstanzgehalt betrieben werden kann, wenn den Mikroben zumindest in der Methanisierungsstufe (vorzugsweise sowohl in der Methanisierungsstufe als auch in der Versäuerungsstufe) in ausreichendem Maße Besiedlungsflächen zur Verfügung gestellt werden. Dabei arbeitet die Erfindung in Form des beigemischten pulverförmigen Mikrobenträgermaterials. Die spezifische Oberfläche des Mikrobenträgermaterials soll vorzugsweise größer als 250 bis 300 m2/g sein. Der spezifische Raumbedarf reduziert sich nach der Lehre der Erfindung nach Maßgabe der Erhöhung des Trockensubstanzgehaltes. Überraschenderweise findet i. d. R. eine Erhöhung der Ausbeute um 20% und mehr statt, wobei die maximale tägliche Faulgasmenge nach Zeiten erreicht wird, die nur etwa ein Viertel der üblichen Zeiten ausmachen. Im Ergebnis wird auch die Fauldauer reduziert. In diesem Zusammenhang ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Aufenthaltszeit der mit dem Mikrobenträgermaterial versehenen Biomassen in der Versäuerungsstufe auf etwa einen Tag, in der Methanisierungsstufe auf mehrere Tage, vorzugsweise sieben bis zehn Tage, eingestellt werden. Das läßt sich unter Berücksichtigung der Biomassenumwälzung und Rückführung unschwer einrichten. Die Biomassenrückführung, unterschiedliche Aufenthaltszeiten in den Reaktoren in Verbindung mit der Beimischung von Mikrobenträgermaterial erlauben es außerdem, in den beiden Stufen unterschiedliche Biozönosen mit hoher Abbauleistung zu kultivieren, was für die angegebenen Effekte wesentlich ist. Daß durch die Beimischung des Mikrobenträgermaterials mit den angegebenen hohen Feststoffgehalten gearbeitet werden kann, konnte nicht erwartet werden.To achieve this object, the invention teaches that the raw sludge to be introduced into the acidification stage is adjusted to a dry matter content of 5 to 12%, preferably about 90%, by thickening and / or decanting, that a powdery microcarrier material is introduced into the biomass at least in the methanation stage and that biomass circulation is carried out in the acidification stage and in the methanization stage, and thus different biocoenoses are cultivated in the two stages. - This teaching is based on the knowledge belonging to the invention that the generic method can be operated with a substantially increased dry matter content if the microbes are sufficiently provided with settlement areas at least in the methanization stage (preferably both in the methanization stage and in the acidification stage) will. The invention works in the form of the admixed powdered microbial material. The specific surface area of the microbial material should preferably be greater than 250 to 300 m 2 / g. According to the teaching of the invention, the specific space requirement is reduced in accordance with the increase in the dry matter content. Surprisingly, the yield is usually increased by 20% and more, the maximum daily amount of fermentation gas being reached after times which only make up about a quarter of the usual times. As a result, the digestion time is also reduced. In this context, a preferred embodiment of the invention is characterized in that the residence time of the biomass provided with the microcarrier material is set to about one day in the acidification stage and to several days, preferably seven to ten days in the methanation stage. This can easily be set up taking into account the biomass circulation and recycling. The biomass recycling, different residence times in the reactors in connection with the admixture of microbial material also make it possible to cultivate different biocenoses with high degradation rates in the two stages, which is essential for the stated effects. It could not be expected that the addition of the microbial material with the stated high solids content could be expected.
Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung. Um den Trockensubstanzgehalt einzustellen, können bei der Dekantierung des Rohschlammes nichtbasische Flockungs- und/oder Flockungshilfsmittel oder Fällungsmittel beigegeben werden. Die Menge an gewonnenem Faulgas ist durch die Menge an beigemischtem Mikrobenträgermaterial optimierbar. Als Mikrobenträgermaterial werden vorzugsweise Aktivkohle und/oder Braunkohlenaktivkohle verwendet. Man kann aber auch Bims, geblähtes Perlit und geblähtes Vermiculit u. a. beigeben. Jedenfalls wird man umweltfreundliche, unschädliche mineralische Stoffe als Mikrobenträgermaterial verwenden, was insbesondere dann gilt, wenn das aus dem Nacheindicker abgezogene Produkt, nach Entwässerung, der Landwirtschaft zugeführt werden soll. There are several options within the scope of the invention further training. To adjust the dry matter content, can be non-basic when decanting the raw sludge Flocculants and / or flocculants or precipitants added will. The amount of fermentation gas obtained is due to the amount can be optimized with the added microbial material. As a microcarrier material are preferably activated carbon and / or lignite activated carbon used. But you can also use pumice, puffed pearlite and expanded vermiculite u. a. add. Anyway you will environmentally friendly, harmless mineral substances as microcarrier material use, which is especially true if that from the Post-thickened product, after drainage, agriculture should be fed.
Die Biomassenumwälzung kann als externe Biomassenrückführung über Nachklärstufen und separate Rückführleitungen durchgeführt werden. Die Biomassenumwälzung kann aber auch als interne Biomassenumwälzung über einen Umwälzzylinder durchgeführt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Biomassenumwälzung in der Versäuerungsstufe als externe Biomassenrückführung, in der Methanisierungsstufe als interne Biomassenumwälzung durchgeführt wird.The biomass circulation can be used as an external biomass return Clarification stages and separate return lines are carried out. The biomass circulation can also be used as an internal biomass circulation be carried out via a circulation cylinder. A preferred one Embodiment of the invention is characterized in that the Biomass circulation in the acidification stage as external biomass return, in the methanization stage as internal biomass circulation is carried out.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine einfache und betriebssichere Anlage zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens mit Rohschlammzuführung, Versäuerungsreaktor und Methanreaktor. Die Anlage ist dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Rohschlammzulauf Einrichtungen für die Einstellung des Trockensubstanzgehaltes eingebaut sind, daß zwischen Versäuerungsreaktor und Methanreaktor ein Absetzbecken zur Sedimentation spezieller Anaerobier eingebaut ist, daß zumindest der Methanreaktor eine Einrichtung für die Zuführung von Mikrobenträgermaterial aufweist und daß sowohl der Versäuerungsbehälter als auch der Methanreaktor selbständige Einrichtungen für die Biomassenumwälzung und Biomassenrückführung aufweisen. Die Rücklaufschlammkreisläufe sind getrennt und jeweils an die nachgeschalteten Absetzbecken angeschlossen.The invention also relates to a simple and reliable Plant for carrying out the described method with Raw sludge feed, acidification reactor and methane reactor. The attachment is characterized in that before the raw sludge inlet facilities built in to adjust the dry matter content are that a settling tank between the acidification reactor and the methane reactor for sedimentation of special anaerobes is built in that at least the methane reactor a device for the supply of Microbial material and that both the acidifier as well as the methane reactor independent facilities for which have biomass circulation and biomass recycling. The Return sludge circuits are separate and each to the downstream Sedimentation tanks connected.
Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß erfindungsgemäß der spezifische Raumbedarf beachtlich reduziert und außerdem die maximale tägliche Faulgasmenge in wesentlich kürzeren Zeiten erreicht wird, und zwar bei i. d. R. gleichzeitig erhöhter Gasausbeute. Von besonderem Vorteil ist die Tatsache, daß eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber den bekannten Maßnahmen einen nur unwesentlich erhöhten baulichen Aufwand verlangt. The advantages achieved can be seen in the fact that according to the invention the specific space requirement is considerably reduced and the maximum daily amount of fermentation gas reached in much shorter times is, namely at i. d. R. at the same time increased gas yield. Of particular advantage is the fact that a facility for implementation of the inventive method compared to the known Measures require only an insignificantly increased construction effort.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich als Ausführungsbeispiel dargestellten Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigenIn the following the invention is based on a merely as Embodiment illustrated drawing explained in more detail. It demonstrate
Fig. 1 das Schema einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit separater Biomassenrückführung, Fig. 1 shows the diagram of a plant for carrying out the method according to the invention with separate biomass feedback,
Fig. 2 das Schema der Fig. 1 mit externer Biomassenumwälzung in der Versäuerungsstufe und im Methanreaktor sowie Biomassenumwälzung in der Versäuerungs- und Methanisierungsstufe und Fig. 2 shows the diagram of Fig. 1 with external biomass circulation in the acidification stage and in the methane reactor and biomass circulation in the acidification and methanization stage and
Fig. 3 eine Seitenansicht des Schemas der Fig. 2. Fig. 3 is a side view of the scheme of FIG. 2.
Die in den Figuren dargestellten Anlagen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besitzen einen Rohschlammzulauf 1 mit zwei Zuleitungen 1 a un 1 b, einen VR 2 und einen MR 3 mit jeweils nachgeschalteten AS 6 und 7. Durch den Rohschlammzulauf 1wird in beiden Ausführungsvarianten ein Gemisch aus feststoffreichem, voreingedicktem Frischschlamm und/oder dekantieertem Überschußschlamm gefördert. Zur Einstellung und Erhöhung des Feststoffgehaltes sind in den Zuleitungen 1 a und 1 b Einrichtungen 4 und 5 vorgesehen. Bei einer zweistufigen ARA (Abwasserreinigungsanlage) wird durch den Rohschlammzulauf 1 ein Gemisch aus dekantiertem Überschußschlamm der ersten aeroben Stufe und dekantiertem Überschußschlamm der zweiten aeroben Stufe gefördert. Im Rohschlammzulauf 1 ist eine Mischeinrichtung 16 a vorgesehen, wo Rohschlamm, Rücklaufschlamm aus dem abgedeckten und isolierten AS 6 und ggf. pulverisierte Trägermaterialien 13 a zudosiert werden. Die Flockungs- und/oder Flockungshilfsmittelzugabe 12 erfolgt vorzugsweise in den Zuleitungen zum AS 6 und AS 7. Zwischen VR 2 und MR 3 befinden sich ein abgedecktes isoliertes Absetzbecken 6 und eine Neutralisierungseinrichtung 18. Hinter dem Methanreaktor 3 ist ebenfalls bei beiden Ausführungsformen ein isoliertes, abgedecktes Absetzbecken 7 vorgesehen, so daß ggf. auf den ebenfalls vorgesehenen Nacheindicker 8 verzichtet werden kann. In der Zuleitung vom MR 3 zum AS 7 ist eine Entgasungseinrichtung 17 vorgesehen. Falls über den Nacheindicker 8 verzichtet werden kann, wird der überschüssige Faulschlamm direkt aus der AS 7 in die Schlammentwässerungseinrichtung 15 geleitet. In der Zuleitung vom AS 6 zum MR 3 ist ebenfalls eine Mischeinrichtung 16 b vorgesehen. In dieser Einrichtung werden die versäuerten Zwischenprodukte aus dem VR 3, der Rücklaufschlamm aus dem AS 7 und pulverisierte Trägermaterialien 13 b zusammengeführt.The systems shown in the figures for carrying out the method according to the invention have a raw sludge inlet 1 with two feed lines 1 a and 1 b , a VR 2 and an MR 3 , each with downstream AS 6 and 7 . In both design variants, the raw sludge inlet 1 promotes a mixture of solid-rich, pre-thickened fresh sludge and / or guaranteed surplus sludge. Devices 4 and 5 are provided in the feed lines 1 a and 1 b to adjust and increase the solids content. In a two-stage ARA (wastewater treatment plant), a mixture of decanted excess sludge from the first aerobic stage and decanted excess sludge from the second aerobic stage is conveyed through the raw sludge inlet 1 . A mixing device 16 a is provided in the raw sludge inlet 1 , where raw sludge, return sludge from the covered and insulated AS 6 and, if appropriate, pulverized carrier materials 13 a are metered in. The flocculation and / or flocculant additive 12 is preferably carried out in the feed lines to the AS 6 and AS 7 . A covered, isolated sedimentation basin 6 and a neutralization device 18 are located between VR 2 and MR 3 . In both embodiments, an insulated, covered settling tank 7 is also provided behind the methane reactor 3 , so that the post-thickener 8 , which is also provided, can be dispensed with. A degassing device 17 is provided in the feed line from MR 3 to AS 7 . If the post-thickener 8 can be dispensed with, the excess digested sludge is passed directly from the AS 7 into the sludge dewatering device 15 . A mixing device 16 b is also provided in the feed line from AS 6 to MR 3 . The acidified intermediate products from the VR 3 , the return sludge from the AS 7 and pulverized carrier materials 13 b are brought together in this device.
Alternativ zu den vorgesehenen AS 6 und AS 7 ist der Einsatz von Zentrifugen zum BR eingeplant.As an alternative to the proposed AS 6 and AS 7 , the use of centrifuges for the BR is planned.
Sowohl der VR 2 als auch der MR 32 besitzen selbstständige Einrichtungen 9, 10 für die BR. Einrichtung 9 wird vor der Mischeinrichtung 13 a und Einrichtung 10 vor der Mischeinrichtung 13 b angeschlossen. Die Einrichtungen 9 und 10 dienen bei beiden Ausführungsvarianten der externen BR. Dazu sind Rücklaufschlammpumpen 11 a und 11 b erforderlich. Variante 2 bietet zudem den Vorteil einer schonenden, vollständigen Durchmischung über einen im MR 3 eingebauten Umwälzzylinder 20. In die Zuleitung von der Entgasungseinrichtung 17 zum nachgeschalteten AS 7 können ggf. Flockungs- und/oder Flockungshilfsmittel 12 zudosiert werden. Flockungs- und/oder Flockungshilfsmittel 12 können aber auch in die Mischeinrichtungen 16 a und/oder 16 b zudosiert werden. Both the VR 2 and the MR 32 have independent devices 9 , 10 for the BR . Device 9 is connected in front of the mixing device 13 a and device 10 in front of the mixing device 13 b . The devices 9 and 10 serve in both versions of the external BR . This requires return sludge pumps 11 a and 11 b . Variant 2 also offers the advantage of gentle, thorough mixing by means of a circulation cylinder 20 installed in the MR 3 . If necessary, flocculation and / or flocculation aids 12 can be metered into the feed line from the degassing device 17 to the downstream AS 7 . Flocculation and / or flocculation aids 12 can, however, also be metered into the mixing devices 16 a and / or 16 b .
Der über die eine der Zuleitungen 1 a der beschriebenen Anlage zugeführte Überschußschlamm (Belebtschlamm oder Tropfkörperschlamm) einer einstufigen ARA wird im Dekanter 4 entwässert, der über die zweite Zuleitung 1 b zufließende Primärschlamm in einem Voreindicker 5 entwässert. Bei einer zweistufigen Anlagen wird der Überschußschlamm der ersten biologischen Reinigungsstufe und der Überschußschlamm der zweiten Stufe über die Zuleitung 1 a in dem Dekanter 4 entwässert.The supplied via one of the leads 1a of the plant described excess sludge (activated sludge or trickling filter sludge) a single-stage ARA is dewatered in a decanter 4, which via the second supply line 1 b inflowing primary sludge dewatered in a pre-thickener. 5 In a two-stage system, the excess sludge from the first biological cleaning stage and the excess sludge from the second stage are dewatered via the feed line 1 a in the decanter 4 .
Mit dem Dekanter 4 ist der Entwässerungsgrad, anders ausgedrückt der Trockensubstanzgehalt, einstellbar. Die Einstellung des Trockensubstanzgehaltes wird so vorgenommen, daß der dem VR 3 zufließende Rohschlamm einen Trockensubstanzgehalt von beispielsweise 8% aufweist. Zur Unterstützung der Schlammentwässerung kann im Dekanter 4 eine Zugabe von Flockungs- und/oder Flockungshilfsmittel 12 erfolgen, was jedoch nicht unbedingt erforderlich ist. Eine Fällmittelzugabe ist ebenfalls vorgesehen.With the decanter 4 the degree of dewatering, in other words the dry matter content, can be adjusted. The dry matter content is adjusted so that the raw sludge flowing into the VR 3 has a dry matter content of, for example, 8%. To support the sludge dewatering, flocculation and / or flocculation aids 12 can be added in the decanter 4 , but this is not absolutely necessary. An addition of precipitant is also provided.
Die Behandlung des so vorbereiteten, trockensubstanzreichen RS erfolgt in zwei getrennten anaeroben Stufen, und zwar im VR 2 und im MR 3. In der Versäuerungsstufe erfolgt die Hydrolyse und Versäuerung polymerer Schlamminhaltsstoffe. Die Zwischenprodukte werden nach Abscheidung in dem nachgeschalteten AS 6 in den MR 3 gefördert. Dort erfolgt eine Zugabe pulverisierter Trägermaterialien 13 a und/oder 13 a in den Mischeinrichtungen 16 a und 16 b, werden die Absetzeigenschaften der vorweigend frei suspendierten Anaerobier durch Immobilisierung (Aufwuchs) an die Trägermaterialpartikel gefördert, wodurch unter Berücksichtigung einer separaten BR, eine erhebliche Anreicherung der Anaerobier pro Volumeneinheit in den Reaktoren erreichbar ist. The treatment of the dry substance-rich RS thus prepared takes place in two separate anaerobic stages, namely in VR 2 and in MR 3 . In the acidification stage, the hydrolysis and acidification of polymeric sludge substances takes place. After separation, the intermediate products are conveyed into the MR 3 in the downstream AS 6 . There is an addition of powdered carrier materials 13 a and / or 13 a in the mixing devices 16 a and 16 b , the sedimentation properties of the previously freely suspended anaerobes are promoted by immobilization (growth) on the carrier material particles, thereby taking into account a separate BR , a considerable enrichment the anaerobes per unit volume can be reached in the reactors.
Der VR 3 kann sowohl im psychrophilen, mesophilen als auch thermophilen Temperaturbereich betrieben werden. Zur Einsparung von Energiekosten wird vorzugsweise der psychrophile bis mesophile Temperaturbereich eingestellt. Der MR kann sowohl im mesophilen als auch thermophilen Temperaturbereich betrieben werden. Zur weitgehenden Hygienisierung des Faulschlammes wird entweder der VR oder der MR im thermophilen Temperaturbereich, etwa bei 55 bis 60°C betrieben. Von besonderer Bedeutung sind die bereits erwähnten unabhängigen Schlammkreisläufe.The VR 3 can be operated in the psychrophilic, mesophilic and thermophilic temperature range. The psychrophilic to mesophilic temperature range is preferably set to save energy costs. The MR can be operated in the mesophilic as well as thermophilic temperature range. To largely sanitize the digested sludge, either the VR or the MR is operated in the thermophilic temperature range, around 55 to 60 ° C. The independent sludge cycles already mentioned are of particular importance.
Das im MR durch die in enger Symbiose lebenden acetogenen und methanogenen Bakterien gebildete Faulgas wird selbstverständlich einem Gasometer zugeleitet. Durch den Abbau der organischen Schlamminhaltsstoffe bis zu Faulgas, mineralische Bestandteile und eine geringfügige Biomasse, entsteht außerdem ein verwertbares oder deponierbares Produkt. Dieser sogenannte Faulschlamm kann nach der Entwässerung in der Entwässerungseinrichtung 15 als sogenannter Schlammkuchen der landwirtschaftlichen Verwertung zugeführt werden oder verbrannt bzw. deponiert werden.The fermentation gas formed in the MR by the close symbiosis of acetogenic and methanogenic bacteria is of course fed to a gasometer. The decomposition of the organic sludge ingredients down to fermentation gas, mineral components and a small amount of biomass also creates a usable or depositable product. After the dewatering in the dewatering device 15, this so-called digested sludge can be fed to the agricultural utilization as a so-called sludge cake or can be burned or deposited.
Wie bereits erwähnt, wird die Aufenthaltszeit im VR auf etwa einen Tag eingestellt. Die Aufenthaltszeit in dem dem VR nachgeschalteten AS 6 beträgt etwa 0,5 bis 1 Tag. Die Aufenthaltszeit im Methanreaktor wird auf z. B. sieben Tage eingestellt, die Aufenthaltszeit im AS 7 auf ein bis zwei Tage eingestellt.As already mentioned, the stay in VR is set to about one day. The stay in the AS 6 downstream of the VR is about 0.5 to 1 day. The residence time in the methane reactor is z. B. set seven days, the stay in the AS 7 set to one or two days.
Es versteht sich, daß die Trübwässer aus dem AS 7 bzw. aus dem Nacheindicker 8 und der Schlammentwässerungseinrichtung 15 und ggf. aus dem Dekanter 4 einem besonderen Becken zugeführt werden, in dem eine Zugabe von Kalkmilch (Ca(OH)2) erfolgt, um Phosphate als als Calciumphoshat abziehen zu können. Die gefällten Trübwässer werden in den Klärprozeß zurückgeführt.It is understood that the cloudy water from the AS 7 or from the post-thickener 8 and the sludge dewatering device 15 and possibly from the decanter 4 are fed to a special basin in which an addition of lime milk (Ca (OH) 2 ) takes place in order to To be able to withdraw phosphates as calcium phosphate. The precipitated cloudy water is returned to the clarification process.
Das beschriebene Verfahren, insbesondere in der Ausführungsform entsprechend den Ausführungsbeispielen, eignet sich vor allem für die Weiterverarbeitung von Schlämmen, die aus einer zweistufigen biologischen ARA abgezogen werden, deren erste Stufe aus Adsorptionsstufe betrieben werden (vgl. DE-PS 26 40 875), und zwar aus folgenden Gründen:The method described, in particular in the embodiment corresponding to the exemplary embodiments, is particularly suitable for the further processing of sludges which are drawn off from a two-stage biological ARA , the first stage of which are operated from the adsorption stage (cf. DE-PS 26 40 875), and for the following reasons:
Der Feststoffanfall in den Überschußschlämmen der Adsorptionsstufe (A-Stufe) und der Schwachlaststufe (B-Stufe) kann mit ca. 70 bis 80 g TS/E*d) in der A-Stufe und ca. 15 g TS/E*d) in der B-Stufe angenommen werden. Diese bereits im Jahre 1982 veröffentlichten Werte können durch neue Untersuchungen weitgehend bestätigt werden.The amount of solids in the excess sludge of the adsorption stage (A level) and the low load level (B level) can be with approx. 70 to 80 g TS / E * d) in the A stage and approx. 15 g TS / E * d) in the B stage be accepted. These values were published in 1982 can largely be confirmed by new investigations.
Im Vergleich zu anderen biologischen Abwasserreinigungsverfahren ist demnach beim AB-Verfahren mit höheren Feststoffmengen zu rechnen. Die Ursache für den vermehrten Feststoffanfall beruht auf den in der Adsorptionsstufe ablaufenden physikalisch-chemisch-biologischen Vorgängen, wodurch eingeleitete Schmutzstoffe u. a. adsorbiert, koaguliert und ausgeflockt werden. Der Schlamm der A-Stufe ist demnach nur in geringem Maße oxidiert und daher hochorganisch und energiereicher.Compared to other biological wastewater treatment processes Accordingly, higher amounts of solids are to be expected in the AB process. The cause of the increased amount of solids is due to the physical-chemical-biological processes taking place in the adsorption stage Operations whereby contaminants introduced u. a. adsorbed, coagulated and be flocculated. The mud of the A stage is accordingly only oxidized to a small extent and therefore highly organic and high in energy.
Trotz dieses vorhandenen Energiepotentials der A-Stufen-Schlämme ist es zunächst erstaunlich, daß der spezifische Gasanfall von anaerob behandelten A-Stufen-Schlämmen im Einfahrstadium der Schlammbehandlungsstufe nicht in allen Fällen deutlich über den i. M. mit "normalen" Schlämmen erreichbaren Gaserträgen liegt. Mögliche Ursache für dieses Phänomen ist der oft beobachtete geringe Gehalt an organischen Säuren im Überschußschlamm der A-Stufe. Es muß daher angenommen werden, daß Schlämme der Adsorptionsstufe im Vergleich zu anderen Schlämmen, z. B. Primärschlamm, der in der Vorklärung unter anaeroben Verhältnissen sedimentiert und gestapelt wird, nur wenig hydrolysiert und versäuert ist, was ja auch die am ISWW durchgeführten Untersuchungen bestätigen. Es ist deshalb notwendig, in der Schlammbehandlungsstufe vorerst die fehlende Versäuerung nachzuholen. Die zweistufige anaerobe Schlammbehandlung stellt eine vorteilhafte Ergänzung der A-Technik dar. Despite this existing energy potential of the A-stage sludge It is surprising at first that the specific gas accumulation of anaerobically treated A-stage sludges in the run-in stage Sludge treatment level not always significantly higher than the i. M. gas yields achievable with "normal" sludges. Possible The reason for this phenomenon is the often observed low content of organic acids in the excess sludge of the A stage. It must therefore are believed to compare slurries of the adsorption level to other sludges, e.g. B. Primary sludge in the clarification sedimented and stacked under anaerobic conditions is only slightly hydrolyzed and acidified, which is also the case Confirm investigations carried out at the ISWW. That is why necessary, in the sludge treatment stage the missing one for the time being To make up for acidification. The two-stage anaerobic sludge treatment represents an advantageous addition to the A technology.
ARA := Abwasserreinigungsanlage
AS := Absetzbecken (Nachklärung)
BR := Biomassenrückführung (extern)
BU := Biomassenumwälzung (intern)
EW := Einwohnergleichwert
FB := Faulbehälter
MR := Methanreaktor o. Methanbehälter (2. anaerobe Faulstufe)
RS := Rohschlamm
VR := Versäuerungsreaktor o. Versäuerungsbehälter (1. anaerobe
Faulstufe)
TM := Trägermaterial (pulverisiert)
TS := Trockensubstanz
FM := Flockungsmittel- und/oder Flockungshilfsmittelzugabe
ARA : = wastewater treatment plant
AS : = settling tank (clarification)
BR : = biomass recycling (external)
BU : = biomass circulation (internal)
EW : = equivalent population
FB : = digester
MR : = methane reactor or methane tank (2nd anaerobic digestion stage)
RS : = raw sludge
VR : = acidification reactor or acidification tank (1st anaerobic digestion stage)
TM : = carrier material (powdered)
TS : = dry matter
FM : = addition of flocculant and / or flocculant
/ 1 / Sixt, H.: Reinigung organischer hochverschmutzter Abwässer mit den anaeroben Belebungsverfahren am Beispiel von Abwässern der Nahrungsmittelherstellung, Veröffentlichungen des Institutes für Siedlungswasserwirtschaft der Universität Hannover, Heft 50, 1979/ 1 / Sixt, H .: Cleaning of highly contaminated organic Wastewater with the anaerobic activation process using the example of waste water food production, Publications of the Institute for Urban water management at the university Hanover, Issue 50, 1979
/ 2 / Wechs, F., Hegemann, N.: Intensivierung anaerober Abbauprozesse, Österreichische Arbeitsgruppe chemisches Apparatewesen und Verfahrenstechnik, 1980/ 2 / Wechs, F., Hegemann, N .: Intensification of anaerobic degradation processes, Austrian Chemical Working Group Apparatus and process engineering, 1980
/ 3 / Schobert, S.: Mikrobielle Methanisierung von Klärschlämmen - Chemie-Biologie-Potential -, Expertengespräch am 20. 06. 1978, Projektträger Biotechnologie, KFA Jülich/ 3 / Schobert, S .: Microbial methanation of sewage sludge - Chemical biology potential -, Expert discussion on June 20, 1978, project management agency Biotechnology, KFA Jülich
/ 4 / Naveau, H. P., Nyns, E. J., Bindt, R., Delafontaine, M.: Umwandlung von Abwässern und organischen Rückständen in Methan durch anaerobe Zersetzung - neue Perspektiven -, Recycling Berlin 1979, Band 2, S. 847/ 4 / Naveau, H.P., Nyns, E.J., Bindt, R., Delafontaine, M .: Conversion of waste water and organic Residues in methane due to anaerobic Decomposition - new perspectives -, Recycling Berlin 1979, volume 2, p. 847
/ 5 / Horbach, B.: Organismengruppen und Reaktionswege der anaeroben Schlammstabilisierung, Mai 1985, unveröffentlicht/ 5 / Horbach, B .: Organism groups and reaction pathways anaerobic sludge stabilization, May 1985, unpublished
/ 6 / ATV: Lehr- und Handbuch der Abwassertechnik Band 3, 2. Auflage 1985, Verlag Wilhelm Ernst u. Sohn, Berlin, München, Düsseldorf / 6 / ATV: Teaching and manual of waste water technology Volume 3, 2nd edition 1985, Verlag Wilhelm Ernst u. Son, Berlin, Munich, Dusseldorf
/ 7 / Bischof, W.: Abwassertechnik, 8. Auflage, Teubner Verlag, Stuttgart, 1984/ 7 / Bischof, W .: sewage technology, 8th edition, Teubner Verlag, Stuttgart, 1984
/ 8 / Meyer, H., Kaudelka, A., Podewils, W.: Technisch/wirtschaftliche Aspekte der Klärgasverwertung auf Kläranlagen im Zusammenwirken von Abwasserreinigung und Energieautarkie, Mitteilungen der Oswald-Schulze-Stifung, Heft 4, 1983/ 8 / Meyer, H., Kaudelka, A., Podewils, W .: Technical / economic aspects of Sewage gas utilization on sewage treatment plants in Interaction of wastewater treatment and energy self-sufficiency, Announcements from the Oswald-Schulze Foundation, Issue 4, 1983
/ 9 / Seyfried, C. F., Saake, M.: Entwicklungen in der Prozeßtechnik zur anaeroben Abwasser- und Schlammbehandlung, Gewässerschutz, Wasser, Abwasser, Schriftenreihe des Instituts für Siedlungswasserwirtschaft der RWTH Aachen, Band 59, Aachen 1983/ 9 / Seyfried, C.F., Saake, M .: Developments in process technology for anaerobic wastewater and sludge treatment, Water protection, water, wastewater, Series of publications from the Institute of Urban Water Management RWTH Aachen, Volume 59, Aachen 1983
/ 10 / Loll, U.: Dimensionierung- und Betriebswerte von Abwasser-Schlamm-Faulanlagen in der BRD, 10 Jahre Oswald-Schulze-Stiftung, Dokumentation 1971-1981, 1981/ 10 / Loll, U .: Dimensioning and operating values of Sewage sludge digestion plants in the FRG, 10 years of the Oswald Schulze Foundation, Documentation 1971-1981, 1981
/ 11 / Malz, F.: Vorgänge in der A-Stufe aus physikochemischer Sicht in Bezug zu mikrobiologischen Reaktionen, Gewässerschutz, Wasser, Abwasser, Schriftenreihe des Instituts für Siedlungswasserwirtschaft der RWTH Aachen, Band 70, Aachen 1984/ 11 / Malz, F .: Processes in the A stage from physicochemical View in relation to microbiological Reactions, Water protection, water, wastewater, Series of publications from the Institute of Urban Water Management RWTH Aachen, Volume 70, Aachen 1984
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Aufstellung der Bezugszeichen
1 := Rohschlammzulauf.
1 a := Separater Zulauf für Überschußschlamm einer 1-stufigen Kläranlage oder gemeinsamer Zulauf für Überschußschlamm aus der 1. Stufe und 2. Stufe einer 2-stufigen Kläranlage.
1 b := Separater Zulauf für Primärschlamm aus der Vorklärung einer 1-stufigen Kläranlage.
2 := Versäuerungsreaktor (Behälter).
3 := Methanreaktor (Behälter).
4 := Dekanter.
5 := Voreindicker.
6 := Absetzbecken 1, daß dem Versäuerungsreaktor nachgeschaltet ist.
7 := Absetzbecken 2, daß dem Methanreaktor nachgeschaltet ist.
8 := Nacheindicker (offen und nicht isoliert).
9 := Rücklaufschlammkreislauf 1, der vor die Mischeinrichtung im Zulauf zum Versäuerungreaktor geführt wird.
10 := Rücklaufschlammkreislauf 2, der vor die Mischeinrichtung im Zulauf zum Methanreaktor geführt wird.
11 a := Rücklaufschlammpumpe 1.
11 b .= Rücklaufschlammpumpe 2.
12 := Flockungs-/Flockungshilfsmittel und/oder Fällmittelzugabe.
13 a := Trägermaterialzugabe 1.
13 b := Trägermaterialzugabe 2.
14 := Zugabe von Neutralisierungslösungen.
15 := Schlammentwässerungseinrichtung.
16 a := Mischeinrichtung 1 für Rohschlamm, Rücklaufschlamm aus dem Absetzbecken (6) und ggf. Trägermaterialien (13 a)
16 b := Mischeinrichtung 2 für versäuertes Substrat aus dem Absetzbecken (6), Rücklaufschlamm aus dem Absetzbecken (7) und die Zugabe von Trägermaterial (13 b).
17 := Entgasungseinrichtung.
18 := Neutralisierungsanlage.
19 a := Beschickungspumpe zum Versäuerungsreaktor.
19 b := Beschickungspumpe zum Methanreaktor.
20 := Umwälzzylinder im Methanreaktor.
21 a := Ggf. interne Biomassenumwälzung im Versäuerungsreaktor.
21 b := Interne Biomassenumwälzung im Methanreaktor.List of reference numerals 1 : = raw sludge feed.
1 a : = Separate inlet for excess sludge from a 1-stage sewage treatment plant or common inlet for excess sludge from the 1st stage and 2nd stage of a 2-stage sewage treatment plant.
1 b : = Separate feed for primary sludge from the preliminary treatment of a 1-stage wastewater treatment plant.
2 : = acidification reactor (container).
3 : = methane reactor (container).
4 : = decanter.
5 : = pre-thickener.
6 : = sedimentation tank 1, that the acidification reactor is connected downstream.
7 : = sedimentation tank 2, that the methane reactor is connected downstream.
8 : = post-thickener (open and not isolated).
9 : = return sludge circuit 1, which is fed upstream of the mixing device to the acidification reactor.
10 : = return sludge circuit 2, which is fed upstream of the mixing device to the methane reactor.
11 a : = return sludge pump 1.
11 b . = Return sludge pump 2.
12 : = flocculant / flocculant and / or addition of precipitant.
13 a : = addition of carrier material 1.
13 b : = addition of carrier material 2.
14 : = addition of neutralizing solutions.
15 : = sludge dewatering device.
16 a : = mixing device 1 for raw sludge, return sludge from the sedimentation basin ( 6 ) and, if necessary, carrier materials ( 13 a )
16 b : = mixing device 2 for acidified substrate from the settling tank ( 6 ), return sludge from the settling tank ( 7 ) and the addition of carrier material ( 13 b ).
17 : = degassing device.
18 : = neutralization system.
19 a : = feed pump to the acidification reactor.
19 b : = feed pump to the methane reactor.
20 : = circulation cylinder in the methane reactor.
21 a : = if necessary internal biomass circulation in the acidification reactor.
21 b : = Internal biomass circulation in the methane reactor.
Claims (14)
einer ersten, als Versäurungsstufe betriebenen, anaeroben Behandlungsstufe und
einer zweiten, als Methanisierungsstufe betriebenen, anaeroben Behandlungsstufe,
wobei die mikrobiologischen Abbauprozesse, Hydrolyse und Versäuerung einerseits sowie Acetat- und Methanbildung andererseits, in baulich getrennten Anlagenteilen erfolgen, die Biomassen zumindest in der Methanisierungsstufe eine Beheizung erfahren und aus der Methanisierungsstufe das Faulgas sowie, über eine Entwässerungseinrichtung, das Produkt abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Versäuerungsstufe einzuführende Rohschlamm durch Eindickung und/oder Dekantierung auf einen Trockensubstanzgehalt von 5 bis 12%, vorzugsweise 9%, eingestellt wird,
daß die Biomassen zumindest in der Methanisierungsstufe an ein pulverförmiges Mikrobenträgermaterial fixiert wird
und daß in der Versäuerungsstufe sowie in der Methanisierungsstufe eine Biomassenumwälzung durchgeführt wird und dadurch in den beiden Stufen unterschiedliche Biozönosen kultiviert werden.1. Process for the further processing of raw sludge drawn off from a biological sewage treatment plant to form fermentation gas on the one hand and a product that can be deposited and / or used in a biological sludge treatment plant
a first anaerobic treatment stage operated as an acidification stage and
a second, anaerobic treatment stage operated as a methanization stage,
wherein the microbiological degradation processes, hydrolysis and acidification the one hand and acetate and methane formation on the other hand, take place in structurally separate parts of the plant, the biomass is experienced, at least in the methanization a heating and withdrawn from the methanization the digester gas as well as a dewatering device, the product, characterized in that that the raw sludge to be introduced into the acidification stage is adjusted to a dry matter content of 5 to 12%, preferably 9%, by thickening and / or decanting,
that the biomass is fixed to a powdery microbial material at least in the methanization stage
and that biomass circulation is carried out in the acidification stage and in the methanization stage, and thus different biocoenoses are cultivated in the two stages.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19853534605 DE3534605A1 (en) | 1985-09-27 | 1985-09-27 | Process for the further processing of raw sludge taken off from a biological waste water (effluent) purification plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19853534605 DE3534605A1 (en) | 1985-09-27 | 1985-09-27 | Process for the further processing of raw sludge taken off from a biological waste water (effluent) purification plant |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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